5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Komposit

2.1.1 Pengertian Komposit

Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua

atau lebih material yang mempunyai sifat mekanik lebih kuat dari material

pembentuknya. Komposit terdiri dari dua bagian yaitu matrik sebagai

pengikat atau pelindung komposit dan filler sebagai pengisi komposit.

Komposit berpenguat serat alam maupun buatan merupakan jenis

komposit yang banyak dikembangkan guna menjadi bahan alternatif

pengganti logam.

Komposit berpenguat serat banyak diaplikasikan pada alat· alat

yang membutuhkan perpaduan dua sifat dasar yaitu kuat namun juga

ringan. Bahan komposit memiliki banyak keungulan, diantaranya berat

jenisnya rendah kekuatan yang lebih tinggi, tahan korosi dan memiliki

biaya perakitan yang lebih murah. Unsur utama penyusun komposit yaitu

pengisi (filler) yang berupa serat sebagai kerangka dan unsur pendukung

lainnya yaitu matriks. Pengisi (filler) dan matriks merupakan dua unsur

yang diperlukan dalam pembentukan material komposit.

Jenis - Jenis Komposit Berdasarkan Penguat yang digunakan, yaitu :

1. Komposit serat (Fibrous Composites)

6

Fibrous composite, yaitu komposit yang hanya terdiri dari satu lamina

atau satu lapis dan berpenguat fiber. Kayu adalah komposit alam yang

terdiri dari serat hemiselulosa dalam matriks lignin. Fiber yang

digunakan untuk menguatkan matriks dapat pendek, panjang, atau

kontinyu.

2. Komposit lapis (Laminates Composites)

Laminated composite, yaitu komposit yang berlapis-lapis, paling

sedikit terdiri dari dua lapis yang digabung menjadi satu, dimana setiap

lapisan pembentuk memiliki karakteristik sifat tersendiri. Terdiri dari

berbagai arah serat. Plywood, yang terdiri dari layer alternatif berupa

kayu mengandung lem dengan layer serat kayu yang tegak lurus layer

terdekat.

3. Komposit partikel (Particulate Composites)

Particulate composite, yaitu komposit dengan penguat berupa

partikel/serbuk yang tersebar pada semua luasan dan segala arah dari

komposit.

(a) (b) (c)

Gambar 2.1 : Komposit (a). Serat, (b). Laminer, dan (c). Partikel

Sumber : www.erepo.unud.ac.id

Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi

tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks

7

seperti anyaman. Komposit berpenguat serat di bedakan menjadi

beberapa bagian antara lain:

a. Continous Fiber Composites

Komposit yang diperkuat dengan serat secara berurutan

(Continous) memiliki susunan serat panjang dan lurus

membentuk lamina diantara matriksnya

Gambar 2.2 : Continous Fiber Composites Sumber: Gibson,

1994

b. Woven Fiber Composites

Komposit yang diperkuat dengan serat anyaman dan komposit

ini tidak terpengaruh pemisahan antar lapisan, akan tetapi

susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus

mengakibatkan kekuatan serta kekauannya tidak sebaik tipe

Continuous Fiber.

Gambar 2.3 : Woven Fiber Composites Sumber: Gibson, 1994

c. Chopped Fiber Composites

8

Komposit yang diperkuat dengan serat yang dipotong pendek

atau disusun secara acak.

Gambar 2.4 : Chopped Fiber Composites Sumber: Gibson,

1994

d. Hybrid Composites

Komposit yang diperkuat dengan beberapa gabungan serat

yaitu serat secara continuous dengan serat secara

acak.Pertimbangannya agar dapat meminimalisir kekurangan

sifat dari kedua tipe dan menggabungkannya menjadi satu.

Gambar 2.5 : Hybrid Composites Sumber: Gibson, 1994

2.1.2 Bahan Penguat (Reinforcement)

Pada umumnya komposit terdiri dari dua bahan/material pokok,

yakni penguat (reinforcement) dan matriks. Reinforcement adalah bahan

pada komposit yang berfungsi sebagai penopang utama kekuatan

9

komposit, sedangkan matriks berfungsi untuk mengikat dan menjaga

reinforcement agar tetap pada tempatnya (di dalam struktur)

Sesuai dengan namanya, penguat (reinforcement) berfungsi

sebagai penopang utama kekuatan komposit. Beban yang diterima oleh

komposit hampir seluruhnya diterima oleh reinforcement ini, sehingga

tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari jenis bahan

yang digunakan sebagai reinforcement. Sesungguhnya, beban yang

diterima oleh komposit tidak langsung diterima oleh reinforcement, namun

terlebih dahulu diterima oleh bahan matriks, kemudian beban yang

diterima oleh matrik diteruskan/ditransfer ke reinforcement. Oleh karena

itu bahan reinforcement harus mempunyai tegangan tarik dan modulus

elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit.

Diameter serat juga memegang peranan yang sangat penting dalam

memaksimalkan tegangan. Makin kecil diameternya akan memberikan

luas permukaan per satuan berat yang lebih besar, sehingga akan

membantu transfer tegangan tersebut. Semakin kecil diameter serat

(mendekati ukuran kristal) semakin tinggi kekuatan bahan serat. Hal ini

dikarenakan cacat yang timbul semakin sedikit. Serat yang sering dipakai

untuk membuat komposit antara lain: serat gelas (fiberglass), serat karbon

(fiber carbon), serat logam (whisker), serat alami, dan lain sebagainya.

10

2.1.3 Matrik (Resin)

Secara umum resin adalah bahan yang diperkuat serat, resin bersifat

cair dengan viskositas yang rendah, yang akan mengeras setelah terjadinya

proses polymerisasi. Matrik dalam bahan komposit berperan sebagai

pengikat penguat, bagian sekunder yang menahan beban, sehingga besar

kecilnya kekuatan bahan komposit sangat tergantung dari kekuatan matrik

pembentuknya. Adapun fungsi sekunder dari matrik adalah :

• Sebagai pendukung beban.

• Memberikan sifat-sifat lain dalam komposit.

• Memberikan insulasi kelistrikan pada komposit, tetapi ini

tergantung dari matrik yang digunakan.

fungsi matriks adalah sebagai pengikat serat, pelindung, transfer beban,

dan pendukung serat. Pada Komposit Serat (Fibrous Composite) matriks

yang digunakan adalah resin polyester- Yukalac 157 BQTN (yang berfasa

cair). Matriks harus mampu berdeformasi seperlunya sehinga beban dapat

diteruskan antar serat. (http://id.wikipedia.org/wiki/Serat)

Tabel 2.1 : Spesifikasi Resin Polyester Yukalac 157 BQTN-EX (Nurmaulita,

2010)

11

Untuk resin (matriks) yang akan saya gunakan yaitu resin polyester

karena mempunyai ketahanan kimia yang baik, pada umumnya kuat

terhadap asam dan tahan terhadap panas yang cukup baik. Resin ini berupa

cairan dengan viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhu kamar

dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengeseran

seperti banyak resin thermoset lainnya

2.2 Serat Alam

Serat alam yaitu serat yang berasal dari alam (bukan buatan ataupun

rekayasa manusia). Serat alam atau bisa dibilang sebagai serat alami ini

yang biasanya didapat dari serat tumbuhan (pepohonan) seperti pohon

bambu, pohon kelapa, pohon pisang serta tumbuhan lain yang terdapat

serat pada batang maupun daunnya.Serat alam yang berasal dari binatang,

antara lain sutera, ilama dan wool.

Penelitian dan penggunaan serat alami berkembang dengan sangat

pesat dewasa ini karena serat alami banyak memiliki keunggulan

dibandingkan dengan serat buatan (rekayasa), keunggulan dari serat alami

seperti beban lebih ringan, bahan mudah didapat, harga relatif murah dan

yang paling penting ramah lingkungan terlebih Indonesia memiliki

kekayaan alam yang begitu melimpah. Penggunaan serat alami dewasa ini

sudah merambah berbagai bidang kehidupan manusia, layaknya serat

buatan, serat alami juga mampu digunakan sebagai modifikasi dari serat

buatan.

12

Tabel 2.2 : Komposisi unsur kimia serat alam (Sumber : Building Material

andTechnology)

2.3 Serat Pelepah Pisang

Di indonesia terdapat banyak sekali serat alam yang dapat digunakan

sebagai penguat komposit. Salah satu serat alam yang banyak digunakan

adalah serat batang pisang karena serat batang pisang, Penggunaan batang

pohon pisang sebagai bahan komposit merupakan langkah yang tepat.

Pohon pisang (Musaceae) merupakan jenis tumbuhan berserat yang

pemanfaatannya masih sangat terbatas yaitu sebagai bahan dasar pembuatan

kertas, pakaian.

Serat adalah suatu jenis bahan berupa potongan-potongan komponen

yang membentuk jaringan memanjang yang utuh. Serat pelepah pisang

merupakan serat alam yang digunakan sebagai alternatif filler komposit

untuk berbagai komposit polimer karena keunggulannya dibanding serat

sintetis. Serat alam mudah didapatkan dengan harga yang murah, mudah

diproses, densitasnya rendah, ramah lingkungan, dan dapat diuraikan secara

biologi (Kusumastuti, 2009).

13

Serat pelepah pisang merupakan serat yang mempunyai sifat mekanik

yang baik. Sifat mekanik dari serat pelepah pisang mempunyai densitas 1,35

gr/cm3, kandungan selulosanya 63-64%, hemiselulosa (20%), kandungan

lignin 5%, kekuatan tarik rata-rata 600 Mpa, modulus tarik rata-rata 17,85 Gpa

dan pertambahan panjang 3,36 % (Lokantara, 2007).

2.4 Kekuatan Impack

Kekuatan impak adalah ketahanan terhadap tegangan yang datang secara

tiba tiba. Polimer mempunyai kekuatan impak jika kuat saat dipukul dengan

keras secara tiba-tiba. Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi

potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu

dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami deformasi. Kekuatan

impak dilakukan untuk mengetahui kegetasan bahan polimer. Kekuatan impak

bahan polimer lebih kecil daripada kekuatan impak logam. Bahan polimer

menunjukkan penurunan besar pada kekuatan impak kalau diberi regangan

pada pencetakannya.

Uji impak ini bertujuan untuk menguji ketahanan sampel terhadap

benturan akibat dijatuhkannya pemberat secara vertikal ke permukaannya.

Harga impak yang dihasilkan (Is) merupakan perbandingan antara energi yang

diserap (Es) dengan luas penampang (A). Kekuatan impak dapat dihitung

dengan persamaan:

14

𝐼𝑠=

𝐸𝑠𝐴

Dengan:

IS= Kuat Impak (J.m-2)

ES = Energi Serap (J)

A = Luas Permukaan (m2)

Gambar 2.6 : Pengujian Impak (Impact Test)

15

2.4.1 Jenis-jenis Metode Uji Impak

Secara umum metode pengujian impak terdiri dari dua jenis yaitu:

1. Metode Charpy

Pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi spesimen uji pada tumpuan

dengan posisi horizontal/mendatar, dan arah pembebanan berlawanan dengan

arah takikan.

2. Metode Izod

Pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi spesimen uji pada tumpuan deng

an posisi, dan arah pembebanan searahdengan arah takikan.

2.5 Kegagalan Komposit

Suatu struktur dianggap gagal apabila struktur tersebut tidak dapat

berfungsi lagi dengan sempurna. Pada sebuah struktur pembebanan yang

kecil mungkin hanya berakibat terjadinya deformasi yang kecil, namun pada

struktur yang lain sudah mengakibatkan kegagalan. Hal tesebut terjadi karena

perbedaan sifat mekanik tiap-tiap bahan pada komposit yang terdiri dari dua

komponen uatma kegagalan bisa dimulai dari salah satu komponen atau

keduanya.(Hull D, 1981)

Kegagalan yang dapat terjadi yaitu:

1. Kepatahan pada serat (Fiber Breaking).

2. Lepasnya serat dari matrik (Fiber Pull-Out atau Debonding).

3. Retak mikro pada matrik (Matrik Mikrocracking).

4. Terlepasnya lamina dari laminate (delimination).

16

2.6 Polyester

Poliester adalah polimer termosetting yang terbentuk jika dicampur

dengan catalyzing agent atau yang biasa disebut dengan “hardener”. Polyester

dikenal karena daya adhesinya yang sangat baik, daya tahan panas yang cukup

tinggi, serta mempunyai sifat mekanik (Mechanical Properties) dan sifat

isolasi listrik yang baik.Polyester telah dipergunakan secara umum oleh

masyarakat pada bidang otomotif dan industri. Harga polyester yang relatif

murah dengan daya adhesi yang baik menjadi alasan bagi masyarakat untuk

menggunakannya sebagai penguat serat (fiber reinforcement) pada fiberglass

atau sebagai bagian dari komposit.

Resin polyster merupukan jenis material polimer thermosetting. Matriks

ini dapat menghasilkan keserasian antara matrik dengan serat melalui

mengontrol factor jenis dan jumlah komponen, katalis, waktu dan suhu.

Sifatnya yang tahan dengan creep, sangat memadai sebagai perekat struktur

berbeban berat, tahan dengan radiasi serta tahan dengan kondisi suhu yang

tinggi (Hartomo,1992).

2.7 Bahan Tambahan Penyusun Komposit

Selain bahan pengikat dan bahan penguat, material komposit juga tersusun

dari beberapa bahan tambahan lainnya. Bahan tambahan tersebut memiliki

berbagai fungsi sesuai dengan jenisnya yaitu:

1) Aditif

Berupa bahan tambahan yang digunakan untuk menigkatkan kemampuan

proses atau untuk mengubah kualitas dan sifat produk dengan menambahkan

17

bahan tersebut pada bahan pokok yaitu polymer (resin). Bahan aditif yang biasa

dipakai adalah :

a. Pewarna atau Pigmen

Disamping untuk memberikan nilai estetis yang tinggi dengan mewarnai

hasil produk yang berfungsi untuk melindungi dari pengaruh sinar karena mampu

menyerap dan memantulkan jenis sinar tertentu.

b. Pengisi atau Filler

Filler merupakan material dapat yang ditambahkan pada polymer dan

biasanya dalam bentuk partikel atau serat untuk mengubah sifat-sifat mekaniknya

atau untuk mengurangi harga material. Alasan yang lain dalam penggunaan filler

adalah untuk memperbaiki stabilitas bentuk dan panas. Contoh pengisi yang

digunakan dalam polymer yaitu : serat selulosik dan bedak (powder), bedak silica

dan kalsium karbonat.

2) Katalis (Hardener)

Adalah bahan yang memungkinkan terjadinya proses curing, yaitu proses

pengerasan terhadap resin. Hardener ini terdiri dari dua bahan yaitu katalisator

dan accelerator. Katalisator dan accelerator akan menimbulkan panas, pengaruh

panas ini diperlukan untuk mempercepat proses pengeringan sehingga bahan

menjadi kuat. Namun apabila panasnya terlalu tinggi maka akan merusak ikatan

antar molekul dan juga akan merusak seratnya.

18

a. Katalisator

Katalisator adalah bahan yang mempercepat terbukanya ikatan rangkap

molekul polimer kemudian akan terjadi pengikatan antar molekul-molekulnya.

b. Accelerator

Accelerator adalah bahan yang mempercepat terjadinya ikatan-ikatan yang

diantara molekul yang sudah mempunyai ikatan tunggal dan untuk mempercepat

proses pengerasan.

Bahan tambahan utama adalah katalis (hardener). Katalis merupakan zat

curing (mengeraskan cairan resin) bagi sistem perekat. Pengeras bergabung secara

kimia dengan bahan rekatannya. Pengeras berupa monomer, polimer atau senyawa

campuran. Katalis juga dipergunakan sebagai zat curing bagi resin thermoset,

mempersingkat waktu curing dan meningkatkan waktu silang polimernya.

Semakin banyak katalis, reaksi curing akan semakin cepat. Tetapi kelemahan

katalis akan menimbulkan panas yang tinggi pada saat curing sehingga akan

merusak produk yang dibuat. Produk tersebut dapat menjadi bahan komposit

getas/ rapuh. Dengan demikian, pemberian katalis dibatasi berkisar 1% - 2% dari

berat resin.(Aris, 2015)

Katalis yang digunakan dalam penelitian ini memiliki senyawa MEKPO

yaitu senyawa Metyl Etyl Keton Peroksida yang berfungsi untuk memudahkan

saat pelepasan komposit dari cetakan.